DE19842040A1 - Dielektrisches Filter und elektronische Vorrichtung mit einem derartigen Filter - Google Patents
Dielektrisches Filter und elektronische Vorrichtung mit einem derartigen FilterInfo
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- H01P1/00—Auxiliary devices
- H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
- H01P1/207—Hollow waveguide filters
- H01P1/208—Cascaded cavities; Cascaded resonators inside a hollow waveguide structure
- H01P1/2084—Cascaded cavities; Cascaded resonators inside a hollow waveguide structure with dielectric resonators
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein dielektrisches Filter für die
Verwendung in einem Teil einer elektronischen Vorrichtung oder einem
elektronischen Gerät, beispielsweise einer von einem Sendesignal und
einem Empfangssignal gemeinsam benutzten Vorrichtung (Duplexer),
wie sie in einer zellularen Basisstation verwendet wird. Die Erfindung
betrifft außerdem eine elektronische Vorrichtung mit einem derartigen
dielektrischen Filter.
In den Fig. 13 und 14 ist ein herkömmliches dielektrisches Filter 231
gezeigt, bei dem ein aus Keramikmaterial gefertigter und die Form eines
Zylinders aufweisender dielektrischer Resonator 233 an der Bodenwand
in einem Metallgehäuse 232 befestigt ist, wobei das Innere des
Metallgehäuses von einem Gehäusedeckel 232a verschlossen ist, um
elektromagnetische Energie innerhalb des Metallgehäuses 232 zu halten.
Außerdem ist beispielsweise an der linken Seitenwand des
Metallgehäuses 232 durch Befestigen einer Lagerplatte 232b mit
Schrauben ein Eingangsverbinder 234a angebracht. Ein
Ausgangsverbinder 234b ist auf der rechten Seitenwand des
Metallgehäuses durch Befestigen einer Lagerplatte 232c mit Schrauben
gelagert. Die führenden Enden der Mittelleiter 235a und 235b des
Eingangsverbinders und des Ausgangsverbinders 234a bzw. 234b sind
derart ausgebildet, daß sie sich durch die linke bzw. die rechte
Seitenwand hindurch erstrecken und in das Metallgehäuse 232
hineinstehen.
Die Enden von Koppelschleifen 240a und 240b auf der Eingangsseite
bzw. der Ausgangsseite sind als Spulen ausgebildet und stehen elektrisch
mit den Führungsenden der jeweiligen Mittelleiter 235a und 235b durch
Löten in Verbindung. Die anderen Enden der Koppelschleifen 240a und
240b sind durch Löten mit der inneren Umfangswand des
Metallgehäuses 232 elektrisch verbunden. Damit hat das dielektrische
Filter 231 einen Aufbau, mit dem es in der Lage ist, die Koppelschleifen
240a und 240b magnetisch mit dem dielektrischen Resonator 233 zu
koppeln.
Bei diesem bereits konzipierten dielektrischen Filter sind mit den
führenden Enden der Mittelleiter 235a und 235b die jeweils einen Enden
von im wesentlichen linearen Sonden verbunden, die in der Zeichnung
allerdings nicht dargestellt sind, während die anderen Enden der Sonden
entlang der inneren Umfangswand des Metallgehäuses 232 verlaufen, um
auf diese Weise die Sonden magnetisch mit dem dielektrischen
Resonator 233 zu koppeln.
Bei diesem bereits konzipierten dielektrischen Filter 231 wird ein über
den Eingangsverbinder 234a auf der Eingangsseite eingegebenes Signal
auf die Koppelschleife 240a oder (nicht gezeigte) Sonde auf der
Eingangsseite gegeben, allerdings ist das Signal schwach. Deshalb ist die
in der Koppelschleife 240a oder der Sonde entstehende magnetische
Energie nicht groß. Es ergibt sich folglich das Problem, daß nicht
ausreichende magnetische Kopplung zwischen der Koppelschleife 240a
oder der Sonde einerseits und dem dielektrischen Resonator 233
andererseits erreicht wird und folglich ein Signal nicht mit der
erwünschten Wirkungsweise transportiert werden kann. Ein weiteres
Problem ergibt sich dadurch, daß ein gewünschtes Signal ebensowenig
wie eine ausreichende magnetische Kopplung zwischen dem
dielektrischen Resonator 233 und der Koppelschleife 240b oder Sonde
auf der Ausgangsseite erzielbar ist, wenn ein Signal auf den
Ausgangsverbinder 234b gegeben wird.
Bei dem bereits konzipierten dielektrischen Filter 231 wird der
Nutenschritt zwischen der Koppelschleife 240 auf der Eingangsseite und
der Koppelschleife 240b auf der Ausgangsseite eingestellt, wenn die
elektrische Kennlinie gesteuert werden soll. Allerdings ergibt sich dabei
das Problem, daß der einstellbare Bereich des Nutenschritts nurmehr
ziemlich schmal ist, und daß feinere Einstellungen des Nutenschritts,
falls überhaupt, nur mit erheblichem Zeit- und Arbeitsaufwand möglich
sind.
Wird ein derartiges dielektrisches Filter 231 in eine elektronische
Vorrichtung oder ein elektronisches Gerät eingebaut, so ergibt sich das
Problem, daß man vorbestimmte stabile elektrische Kennwerte allenfalls
nur schwierig erzielen kann und bei der Fertigung zahlreiche defekte
Bauteile entstehen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein dielektrisches Filter zu
schaffen, bei dem die Koppel-Kennwerte verbessert werden können;
außerdem soll eine elektronische Vorrichtung angegeben werden, die ein
derartiges dielektrisches Filter verwendet.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein dielektrisches Filter
geschaffen, welches einen dielektrischen Resonator und einen
wendelförmigen Resonator aufweist, wobei der wendelförmige Resonator
elektrisch an mindestens einen Anschluß von einem Eingangsanschluß
und einem Ausgangsanschluß angeschlossen ist, um dadurch den
wendelförmigen Resonator mit dem dielektrischen Resonator magnetisch
zu koppeln.
Da bei diesem dielektrischen Filter ein gewünschtes Signal von dem
wendelförmigen Resonator zum Schwingen gebracht wird und der
Eingangsanschluß oder der Ausgangsanschluß sowie der dielektrische
Resonator magnetisch miteinander über ein Magnetfeld gekoppelt sind,
welches durch diese Resonanz entsteht, wird eine ausreichende Kopplung
zwischen dem dielektrischen Resonator einerseits und dem
Eingangsanschluß oder dem Ausgangsanschluß andererseits
gewährleistet. Es läßt sich also ein dielektrisches Filter realisieren,
welches relativ geringe Verluste aufweist und sich durch hervorragende
Selektivität auszeichnet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein mehrstufiges
dielektrisches Filter geschaffen, welches aufweist: mehrere dielektrische
Resonatoren, die Seite an Seite zwischen einem Eingangsanschluß und
einem Ausgangsanschluß angeordnet sind, und einen wendelförmigen
Resonator, der elektrisch an mindestens einen Anschluß von dem
Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß gekoppelt ist, um dadurch
den wendelförmigen Resonator und den diesem benachbarten
dielektrischen Resonator magnetisch miteinander zu koppeln.
Da bei dem erfindungsgemäßen dielektrischen Filter ein gewünschtes
Signal von dem wendelförmigen Resonator zum Schwingen gebracht
wird und der Eingangsanschluß oder der Ausgangsanschluß einerseits
und der dielektrische Resonator andererseits magnetisch miteinander
über ein durch diese Resonanz entstandenes Magnetfeld gekoppelt sind,
läßt sich zwischen dem dielektrischen Resonator und entweder dem
Eingangs- oder dem Ausgangsanschluß eine ausreichende Kopplung
erreichen. Damit kann ein dielektrisches Filter realisiert werden, welches
vergleichsweise geringe Verluste aufweist, und welches außerdem in
einer mehrstufigen Anordnung ausgebildet ist sowie hervorragende
Selektivität besitzt.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein
dielektrisches Filter, welches aufweist: mindestens einen dielektrischen
Resonator, wobei ein wendelförmiger Resonator oder ein anderer
Erreger elektrisch mit einem Eingangsanschluß verbunden ist, um
dadurch diesen Erreger auf der Eingangsseite und einen dielektrischen
Resonator magnetisch miteinander zu koppeln, und ein wendelförmiger
Resonator oder anderer Erreger elektrisch an den Ausgangsanschluß
gekoppelt ist, um dadurch diesen Erreger auf der Ausgangsseite und den
dielektrischen Resonator magnetisch zu koppeln, wobei die
Erregungsrichtung auf der Ausgangsseite und die Erregungsrichtung auf
der Eingangsseite einander schneiden, so daß magnetische Felder in
Submoden, die in dem elektrischen Resonator in der Nachbarschaft des
ausgangsseitigen Erregers mit der Erregung des Erregers auf der
Eingangsseite entstehen, in dem Erreger auf der Ausgangsseite
ausgelöscht werden.
Bei diesem dielektrischen Filter besitzen die in den Submoden erhaltenen
und einander entgegengesetzte magnetische Richtungen aufweisenden
Resonanzmagnetfelder, die in dem dielektrischen Resonator in der
Nachbarschaft des ausgangsseitigen Erregers erzeugt werden, jeweils
gleiche Stärke in dem ausgangsseitigen Erreger, und diese
Resonanzmagnetfelder werden in dem ausgangsseitigen Erreger
ausgelöscht. Damit wird das entsprechende Signal in dem Submode
durch den ausgangsseitigen Erreger abgeschnitten, und es läßt sich eine
hervorragende Selektivitäts-Kennlinie realisieren.
Wünschenswert ist es, wenn die Schnittrichtung der Erregungsrichtung
des ausgangsseitigen Erregers und der Erregungsrichtung des
eingangsseitigen Erregers eine Schnittrichtung annehmen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine elektronische
Vorrichtung unter Verwendung derartiger dielektrischer Filter
geschaffen.
Bei der erfindungsgemäßen elektronischen Vorrichtung lassen sich
vergleichsweise geringe Verluste und hervorragende Selektivität erzielen
da das dielektrische Filter mit ausreichender Kopplung zwischen
Eingangsanschluß oder Ausgangsanschluß einerseits und einem
dielektrischen Resonator andererseits verwendet wird.
Da bei der erfindungsgemäßen elektronischen Vorrichtung das
dielektrische Filter verwendet wird, welches imstande ist, nicht benötigte
Resonanzmagnetfelder in Submoden durch einen Erreger auf der
Ausgangsseite abzuschneiden, läßt sich eine hervorragende elektronische
Vorrichtung realisieren, die extrem rauscharm ist.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine auseinandergezogene, perspektivische Ansicht eines
dielektrischen Filters gemäß einer ersten Ausführungsform der
Erfindung;
Fig. 2 einen Grundriß des dielektrischen Filters nach Fig. 1 in einem
Zustand, in dem ein Deckel, ein Distanzstück und eine
Blattfeder von der Anordnung entfernt wurden;
Fig. 3 eine perspektivische Schnittansicht des dielektrischen Filters
nach Fig. 1;
Fig. 4 ein Ersatzschaltbild des dielektrischen Filters nach Fig. 1;
Fig. 5 ein schematisches Blockdiagramm eines elektronischen Geräts,
in dem das dielektrische Filter gemäß der Ausführungsform der
Erfindung angewendet ist bei einem
Sendesignal/Empfangssignal-Duplexer, der in einer zellularen
Basisstation verwendet wird;
Fig. 6 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines
dielektrischen Filters gemäß einer zweiten Ausführungsform der
Erfindung;
Fig. 7 einen Grundriß des dielektrischen Filters nach Fig. 6, von dem
ein Deckel, ein Distanzstück und eine Blattfeder abgenommen
sind;
Fig. 8 eine perspektivische Teil-Schnittansicht des dielektrischen
Filters nach Fig. 6;
Fig. 9 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines
dielektrischen Filters gemäß einer dritten Ausführungsform der
Erfindung;
Fig. 10 ein Ersatzschaltbild des dielektrischen Filters nach Fig. 6 und
7;
Fig. 11 eine grafische Darstellung zum Veranschaulichen der
Arbeitsweise des dielektrischen Filters nach Fig. 6;
Fig. 12 ein schematisches Blockdiagramm einer elektronischen
Vorrichtung, in der das dielektrische Filter gemäß der
vorliegenden Ausführungsform der Erfindung eingebaut ist für
einen Sendesignal/Empfangssignal-Duplexer, wie er in einer
zellularen Basisstation eingesetzt wird;
Fig. 13 einen Grundriß eines bereits konzipierten dielektrischen Filters;
und
Fig. 14 eine Seiten-Schnittansicht des bereits konzipierten dielektrischen
Filters.
Zunächst soll eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen
dielektrischen Filters erläutert werden.
Wie in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigt ist, ist ein Rahmen- oder
Gehäusekörper 1 des dielektrischen Filters aus leitendem Material
hergestellt, beispielsweise aus Aluminium (Al), und besitzt Seitenwände
1a und 1b, welche die vier Ecken verbinden oder umspannen. Zwei
Paare einander gegenüberstehender Trennwände 1c erstrecken sich von
jeder der Längsseitenwände 1a in das Innere des Rahmenkörpers 1
hinein. Der Innenraum des Rahmenkörpers 1 ist von den Trennwänden
1c aufgeteilt in ein erstes Abteil 1j, ein zweites Abteil 1k und ein drittes
Abteil 1m. Zwischen jedem Paar einander gegenüberliegender
Trennwände 1c befindet sich ein Fenster 1i.
In einer Seitenwand 1a (auf der unteren Seite in Fig. 1) sind mehrere
Nuten 1d (z. B. sechs Nuten), die sich von der unteren Stirnfläche der
Seitenwand 1a ausgehend nach oben erstrecken. Außerdem sind mehrere
(hier: zwei) Gewindelöcher 1e ausgebildet. Die Nuten 1d sind in
Zweiergruppen in der Seitenwand 1a ausgebildet, entsprechend dem
ersten, dem zweiten und dem dritten Abteil 1j, 1k bzw. 1m. Die
Gewindelöcher 1e in der Seitenwand 1h gehören zu dem ersten Abteil 1j
und dem dritten Abteil 1m an den beiden Seiten des Rahmenkörpers 1.
Die Durchgangslöcher 1f und mehrere (nicht gezeigte), beispielsweise
zwei Gewindelöcher an den beiden Seiten jedes der Durchgangslöcher 1f
sind etwa in der Mitte der beiden Seitenwände 1b ausgebildet. Mehrere
Gewindelöcher 1g (im vorliegenden Fall beispielsweise 12
Gewindelöcher) erstrecken sich durch die Seitenwände 1a und 1b in den
oberen Stirnflächen 1h der Seitenwände 1a und 1b.
Ein Eingangsverbinder 2 und ein Ausgangsverbinder 3 besitzen
Mittelleiter 2a bzw. 3a in ihren Mitten und sind mit bundförmigen
Lagerplatten 2b bzw. 3b in deren Mittelbereich ausgestattet. Außerdem
sind der Eingangsverbinder 2 und der Ausgangsverbinder 3 an den
zugehörigen Seitenwänden 1b mit Schrauben 15 oder dergleichen fixiert,
so daß die Mittelleiter 2a und 3a durch die Durchgangslöcher 1f in den
Seitenwänden 1b hindurchreichen und Teile der Verbinder 2 und 3 von
den Seitenwänden 1b nach außen abstehen. Im fixierten Zustand liegen
die Mittelleiter 2a und 3a so, daß sie in das Innere des Rahmenkörpers 1
vorstehen.
Eine durch Versilbern einer Stahlplatte gebildete Bodenplatte 4 in Form
einer flachen Rechteckplatte mit einer Dicke von 1 mm besitzt mehrere
(nicht gezeigte) Löcher (im vorliegenden Beispiel 12 Löcher) an ihrem
Umfang, und zwar an solchen Stellen, die den Gewindelöchern 1g in
den Seitenwänden 1a und 1b entsprechen.
Die Bodenplatte 4 ist derart angeordnet, daß sie die Unterseite des
Rahmenkörpers 1 verschließt und fest an der unteren Fläche des
Rahmenkörpers 1 durch (nicht gezeigte) Schrauben befestigt ist. Von der
Bodenplatte 4 wird der Rahmenkörper 1 zu einem Gehäuse ergänzt. Im
angebrachten Zustand bildet die Bodenplatte 4 die Bodenwand des
Gehäuses.
Obschon die Bodenplatte 4 als ein von dem Rahmenkörper 1 getrenntes
Teil ausgebildet ist, könnte die Bodenplatte auch mit dem Rahmenkörper
1 einstückig, also integriert ausgebildet sein, beispielsweise durch
Gießen oder dergleichen, so daß man ein an einem Ende integriert
verschlossenes Gehäuse hätte.
In dem ersten und dem zweiten Abteil 1j und 1m des Rahmenkörpers 1
befinden sich wendelförmige Resonatoren 5, die jeweils
schraubenförmige oder wendelförmige Spulenteile 5a enthalten. Die
gesamte Wendel-Länge jedes Spulenteils 5a ist etwas kürzer als eine
Viertelwellenlänge λ/4 einer Wellenlänge (λ) eines Soll-Resonanzsignals.
Der Spulenteil 5a jedes wendelförmigen Resonators 5 liegt etwa parallel
zu der Querwand 1b des Rahmenkörpers 1. Zwischenabschnitte der
Spulenteile 5a sind durch sogenannte Anzapfverbindung mit den
Mittelleitern 2a und 3a der Eingangs- und Ausgangsverbinder 2 und 3
durch (nicht gezeigte) Verlötung oder dergleichen verbunden. Diese
Anzapfverbindung dient zur Impedanzanpassung.
Ein Ende 5b jedes Spulenteils 5a ist durch (nicht gezeigte) Verlötung
oder dergleichen über eine Innenwand einer Seitenwand 1a mit Masse
verbunden. Das andere Ende 5c des Spulenteils bildet ein offenes Ende.
In der anderen Seitenwand 1a gegenüber dem anderen Ende 5c des
Spulenteils befindet sich jeweils eines der Gewindelöcher 1e. In die
Gewindelöcher 1e sind mit Hilfe von Muttern 13 Kapazitäts-
Einstellschrauben 12 eingedreht. Ein vorderes Ende jeder
Kapazitätseinstellschraube 12 bildet mit dem zugehörigen freien Ende 5c
des Spulenteils 5a einen Kondensator.
Der Abstand zwischen dem vorderen Ende der Kapazitätseinstellschraube
12 und dem freien Ende 5c des Spulenteils wird geändert durch
Einstellung des Einschraubhubs der jeweiligen Kapazitätseinstellschraube
12. Der Kapazitätswert des hierdurch gebildeten Kondensators läßt sich
entsprechend der Abstandsänderung variieren.
Jeder wendelförmige Resonator 5 enthält den Spulenteil 5a und einen
Kondensatorteil, der in der Nähe des freien Endes 5c am offenen Ende
des Spulenteils 5a gebildet wird, und dessen Kapazitätswert sich ändern
läßt.
Jeder der aus Keramik hergestellten dielektrischen Resonatoren 6 besteht
aus einem dielektrischen Material, beispielsweise entsprechend dem
BaO-TiO2-Nd2O3-System (mit einer Dielektrizitätskonstanten: ε r = 90)
oder dergleichen in Form eines Zylinders, wobei jeder Resonator eine
Oberseite 6a, eine Unterseite 6b und einen Zylindermantel 6c aufweist,
der sich zwischen der Oberseite 6a und der Unterseite 6b erstreckt. Auf
den Oberseiten 6a und den Unterseiten 6b befinden sich Leiter 7, die
durch Aufbringen und Anbacken einer leitenden Paste oder durch ein
Verfahren wie z. B. das stromlose Abscheiden ausgebildet sind. Die
vertikale Abmessung L1 jedes dielektrischen Resonators 6 ist
entsprechend der Beziehung L1<L2 gemäß Fig. 3 größer als die
vertikale Abmessung L2 der Seitenwände 1a und 1b des Rahmenkörpers
1.
In dem dielektrischen Resonator 6 ist der auf der Unterseite 6b des
Resonators gebildete Leiter 7 durch Löten oder dergleichen an der
Bodenplatte 4 befestigt. Die Oberseite 6a jedes dielektrischen Resonators 6
ist dabei so gelegen, daß sie von den oberen Stirnflächen 1h der
Seitenwände 1a und 1b des Rahmenkörpers nach außen überstehen.
Die fest an der Bodenplatte 4 angebrachten dielektrischen Resonatoren 6
befinden sich jeweils etwa in der Mitte des ersten, des zweiten und des
dritten Abteils 1j, 1k bzw. 1m des Rahmenkörpers 1. Außerdem sind die
dielektrischen Resonatoren 6 in dem ersten, dem zweiten und dem
dritten Abteil 1j, 1k und 1m elektrisch untereinander durch die durch die
Trennwände 1c gebildeten Fenster 1i gekoppelt.
Eine Mittelachse jedes dielektrischen Resonators 6 ist derart orientiert,
daß sie eine Mittelachse des Spulenteils 5a jedes wendelförmigen
Resonators 5 schneidet. Aufgrund dieser orthogonalen Anordnung kreuzt
ein in jedem Spulenteil 5a erzeugtes Magnetfeld die Mittelachse des
dielektrischen Resonators 6, mit der Folge, daß das Ausmaß der
magnetischen Kopplung zwischen dem dielektrischen Resonator 6 und
dem wendelförmigen Resonator 5 zunimmt, und damit der
Ausbreitungsverlust eines Signals abnimmt.
Eine Blatt- oder Plattenfeder 8 besteht aus einem metallischen Material
wie z. B. Phosphorbronze. Die Blattfeder 8 besitzt eine Dicke von etwa
0,1 mm und hat die Form einer flachen Platte oder eines Flachstücks.
Die Oberfläche der Blattfeder 8 ist versilbert. Mehrere Löcher 8a (hier:
12 Löcher) sind am Umfangsrand der Blattfeder 8 an solchen Stellen
ausgebildet, die den Gewindelöchern 1g in den Seitenwänden 1a und 1b
entsprechen. Die Blattfeder 8 dient zum Verschließen der Oberseite des
Rahmenkörpers 1. Im montierten Zustand steht die Oberseite 6a jedes
dielektrischen Resonators gegenüber dem Umfangsrand der Blattfeder 8
gegen deren Federelastizität vor, so daß jeder Leiter 7 auf der Oberseite
6a des dielektrischen Resonators 6 zuverlässig in Anlage an der
Unterseite der Blattfeder 8 gebracht wird.
Ein rahmenförmiges Distanzstück 9 besteht aus metallischem Material,
beispielsweise Phosphorbronze. Das rahmenförmige Distanzstück 9
besitzt eine Dicke von etwa 0,1 bis 0,5 mm und hat die Form eines
Flachstücks. Mehrere Löcher 9a (hier: 12 Löcher) sind im Umfangsrand
des Distanzstücks 9 an solchen Stellen ausgebildet, die den
Gewindelöchern 1g in den Seitenwänden 1a und 1b entsprechen.
Außerdem befindet sich in der Mitte des Distanzstücks 9 eine relativ
große rechteckige Öffnung 9b. Das Distanzstück 9 wird auf der
Blattfeder 8 angeordnet. Die Dicke des Distanzstücks 9 ist so gewählt,
daß sie größer ist als der Überstand jedes dielektrischen Resonators 6
über den Seitenwänden 1a und 1b des Rahmenkörpers 1.
Der Deckelkörper 10 besteht aus metallischem Material, beispielsweise
Aluminium (Al), Kupfer (Cu) oder dergleichen und hat die Form eines
Flachstücks oder einer Platte. Der Deckelkörper 10 besitzt drei
Gewindelöcher 10a mit jeweils großem Durchmesser, die sich auf einer
Längs-Mittellinie befinden. In dem Umfangsrand des Deckelkörpers 10
befinden sich mehrere (hier 12) Löcher 10b entsprechend den Stellen der
Gewindelöcher 1g in den oberen Stirnflächen 1h der Seitenwände 1a und
1b. Der Deckelkörper 10 wird angebracht, um die Öffnung 9b des
Distanzstücks 9 zu verschließen.
Mehrere Kopfschrauben 11 bestehen jeweils aus metallischem Werkstoff,
beispielsweise Aluminium (Al), Kupfer (Cu) oder dergleichen und haben
jeweils die Form einer Scheibe. Am Umfang besitzen die Kopfschrauben
jeweils ein Schraubengewinde 11a. Es wird jeweils eine Kopfschraube
11 in ein zugehöriges Gewindeloch 11a eingeschraubt. Die Unterseite
jeder eingeschraubten Kopfschraube 11 drückt gegen die Oberseite der
Blattfeder 8 nach unten, so daß die Unterseite der Blattfeder 8 in
Berührung mit dem entsprechenden Leiter 7 auf der Oberseite 6a des
jeweiligen dielektrischen Resonators 6 gelangt.
In diesem Zustand werden die Kopfschrauben 11 in Eingriff mit dem
Deckelkörper 10 gehalten, um die Blattfeder 8 in Kontakt zu bringen mit
den Leitern 7 auf den Oberflächen 6a der dielektrischen Resonatoren 6.
Da die Blattfeder 8 und der jeweilige Leiter 7 zuverlässig in Kontakt
miteinander stehen, lassen sich stabile elektrische Verbindungen
erhalten.
Es gibt eine Reihe von Frequenzsteuerplättchen 14. Jedes Plättchen 14
besteht aus metallischem Material, hat z. B. die Form eines
Stahlplättchens oder dergleichen. Das Frequenzsteuerplättchen 14 besitzt
jeweils eine Dicke von etwa 0,8 mm mit einer Silberbeschichtung auf
der Oberfläche. Die vertikale Abmessung L3 jedes
Frequenzsteuerplättchens 14 ist geringer als die vertikale Abmessung L2
der Seitenwand 1a (L3 < L2), ist aber derart bemessen, daß die
vertikale Abmessung L3 etwa der vertikalen Abmessung L2 der
Seitenwand 1a entspricht. Die Frequenzsteuerplättchen 14 werden durch
die zugehörigen Nuten 1d des Rahmenkörpers 1 so eingeführt, daß sie in
das Innere des Rahmenkörpers 1 vorstehen, woran sich ihre Fixierung in
der gewünschten Position durch Verlöten oder dergleichen (nicht
dargestellt) anschließt.
Außerdem ist das Frequenzsteuerplättchen 14 in der Lage, eine
Resonanzfrequenz f1 des betreffenden dielektrischen Resonators 6
einzustellen oder zu steuern entsprechend dem Ausmaß des Vorstehens
oder des Überstands in Richtung des Inneren des Rahmenkörpers 1.
Diese Steuerung erfolgt durch Variieren der Grenze eines magnetischen
Feldes, welches um den Zylindermantel 6c des dielektrischen Resonators
6 gebildet wird, wobei das Variieren durch das jeweilige
Frequenzsteuerplättchen 14 vorgenommen wird. Dies ist im wesentlichen
äquivalent zu einer Volumenänderung jedes Abteils, in welchem sich der
betreffende dielektrische Resonator 6 befindet.
Die Steuerung oder Einstellung der Resonanzfrequenzen der
dielektrischen Resonatoren 6 kann für jeden einzelnen dielektrischen
Resonator 6 erfolgen, der in dem ersten, dem zweiten und dem dritten
Abteil 1j, 1k bzw. 1m angeordnet ist.
Das den oben beschriebenen Aufbau aufweisende dielektrische Filter
gemäß der Erfindung ist ein dreistufiges dielektrisches Filter mit drei
dielektrischen Resonatoren 6. Der Rahmenkörper 1, die Bodenplatte 4,
die Blattfeder 8, das Distanzstück 9 und der Deckelkörper 10 sind
schichtweise angeordnet und durch nicht dargestellte Schrauben zu einer
Baueinheit zusammengefügt.
Fig. 4 ist ein Ersatzschaltbild des oben beschriebenen
erfindungsgemäßen dielektrischen Filters.
Wie aus Fig. 4 hervorgeht, ist das vorliegende dielektrische Filter ein
Filter mit dreistufigem Aufbau. Das dielektrische Filter enthält einen
Eingangsanschluß 21, eine Eingangsstufe 22, eine Zwischenstufe 23,
eine Ausgangsstufe 24 und einen Ausgangsanschluß 25.
Die Eingangsstufe 22 wird durch einen wendelförmigen Resonator 22c
gebildet, der eingangsseitig vorgesehen ist und eine schraubenförmige
oder wendelförmige Spule 22a und einen veränderlichen Kondensator
22b enthält, und die Eingangsstufe 22 enthält außerdem einen ersten
dielektrischen Resonator 22f, bestehend aus parallel geschalteten Spulen
22d und einem Kondensator 22e. Die Zwischenstufe 23 enthält einen
zweiten dielektrischen Resonator 23c aus parallel geschalteten Spulen
23a und einem Kondensator 23b. Die Ausgangsstufe 24 enthält einen
dritten dielektrischen Resonator 24c aus parallel geschalteten Spulen 24a
und einem Kondensator 24b, und einen wendelförmigen Resonator 24f
auf der Ausgangsseite, bestehend aus einer schrauben- oder
wendelförmigen Spule 24d und einem veränderlichen Kondensator 24e.
Bei dem so aufgebauten dielektrischen Filter wird ein über einen
Eingangsanschluß 21 eingegebenes Signal zunächst über eine Anzapfung
auf den wendelförmigen Resonator 22c gegeben, wobei die Lage der
Anzapfung so eingestellt ist, daß eine Impedanzanpassung bezüglich
einer externen Schaltung erfolgt. Das an den wendelförmigen Resonator
22c gegebene Signal schwingt bei einer vorab ausgewählten Frequenz.
Aufgrund dieser Resonanz wird die von der wendelförmigen Spule 22a
erzeugte Energie groß im Verhältnis zu der Güte Q des Schwingkreises
und erzeugt eine ausreichende magnetische Kopplung bezüglich des
ersten dielektrischen Resonators 22f. Dabei läßt sich die
Resonanzfrequenz f1 in einfacher Weise in einem großen Frequenzband
einstellen, indem der Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators
22b, der Bestandteil des wendelförmigen Resonators 22c ist, eingestellt
wird. Außerdem läßt sich eine weitere gewünschte Resonanzfrequenz f2
durch diese Einstellung einrichten.
Der eingangsseitige Wendelresonator 22c, der bei der Resonanzfrequenz
f1 schwingt, ist magnetisch mit dem ersten dielektrischen Resonator 22f
gekoppelt. In ähnlicher Weise sind der erste dielektrische Resonator 22f
und der zweite dielektrische Resonator 23c, der zweite dielektrische
Resonator 23c und der dritte dielektrische Resonator 24c, und der dritte
dielektrische Resonator 24c und der ausgangsseitige Wendelresonator 24f
magnetisch paarweise miteinander gekoppelt. Insgesamt wird hierdurch
das dreistufige dielektrische Filter gebildet, welches den alleinigen
Durchgang eines gewünschten Signals ermöglicht.
Fig. 5 ist ein schematisches Blockdiagramm zum Erläutern eines Teils
einer elektronischen Vorrichtung oder eines elektronischen Geräts, in
welchem das erfindungsgemäße dielektrische Filter Anwendung findet
als Sendesignal/Empfangssignal-Schalteinrichtung (Duplexer), wie sie in
einer zellularen Basisstation verwendet wird.
Wie aus Fig. 5 hervorgeht, besitzt die Sendesignal/Empfangssignal-
Schaltvorrichtung (der Duplexer) mindestens eine Antenne 30, ein
Bandpaßfilter 31 für ein Sendesignal, bestehend aus einem dielektrischen
Filter, ein Bandpaßfilter 32 für ein Empfangssignal, ebenfalls bestehend
aus einem dielektrischen Filter, eine Anpaßschaltung 33 an einer Stelle,
wo das Bandpaßfilter 31 für Sendesignale und das Bandpaßfilter 32 für
Empfangssignale miteinander verbunden sind, wobei die Anpaßschaltung
über ein Tiefpaßfilter 36 mit der Antenne 30 verbunden ist, einen
Eingangsanschluß 34 zum Eingeben des Sendesignals in das
Bandpaßfilter 31, und einen Ausgangsanschluß 35 zur Ausgabe des
Empfangssignals, welches von dem Bandpaßfilter 32 kommt.
Bei dieser Ausführungsform der Erfindung bilden das Bandpaßfilter 31
für ein Sendesignal und das Bandpaßfilter 32 für ein Empfangssignal
jeweils ein dreistufiges Bandpaßfilter.
Der den obigen Aufbau aufweisende Sendesignal/Empfangssignal-
Duplexer empfängt als Eingangsgröße ein von der Antenne 30
aufgenommenes Signal über das Tiefpaßfilter 36 und die Anpaßschaltung
33 zur Eingabe des Empfangssignals aus der Anpaßschaltung 33 in das
Bandpaßfilter 32, wobei er nur ein Signal in einem Frequenzbereich von
880 MHz bis 915 MHz durch das Bandpaßfilter 32 durchläßt, so daß ein
solches Signal am Ausgangsanschluß 35 ausgegeben wird, um auf eine
nicht dargestellte Empfangsschaltung geleitet zu werden.
Wenn von einer nicht dargestellten Sendeschaltung ein Sendesignal an
den Eingangsanschluß 34 gelegt wird, gelangt dieses Eingangs-
Sendesignal in das Bandpaßfilter 31, welches nur ein Sendesignal
durchläßt, welches sich im Frequenzbereich von 925 MHz bis 960 MHz
befindet, um hierdurch ein Sendesignal mit der entsprechenden Frequenz
an die Anpaßschaltung 33 durchzulassen. Das Sendesignal gelangt dann
weiter über das Tiefpaßfilter 36 zu der Antenne 30, um von dieser
abgestrahlt zu werden.
Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, sind die dielektrischen
Filter Seite an Seite mehrfach in dem Sendesignal/Empfangssignal-
Duplexer angeordnet, welcher hier die elektronische Vorrichtung bildet.
Die mit einem solchen dielektrischen Filter ausgestattete elektronische
Vorrichtung dient zum Umschalten zwischen oder Trennen von
Sendesignalen und Empfangssignalen.
Die in der ersten Ausführungsform der Erfindung verwendeten
dielektrischen Resonatoren haben kreiszylindrische Form, jedoch ist dies
keine absolute Beschränkung. Die dielektrischen Resonatoren können
auch im Querschnitt die Form eines Würfels oder eines Polygons haben,
soweit die zylindrische Form gegeben ist.
Das dielektrische Filter gemäß der ersten Ausführungsform der
Erfindung wurde beschrieben als dreistufiges dielektrisches Filter, jedoch
ist diese Dreistufigkeit nicht beschränkend zu verstehen.
Selbstverständlich läßt sich die Erfindung anwenden auf ein einstufiges
dielektrisches Filter oder auf ein vier- oder mehrstufiges dielektrisches
Filter, bei dem vier oder noch mehr dielektrische Resonatoren in einem
Rahmenkörper aufgenommen sind.
Im folgenden wird ein zweites Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen dielektrischen Filters beschrieben.
Wie in den Fig. 6, 7 und 8 zu sehen ist, besteht ein Rahmenkörper 51
des dielektrischen Filters aus einem leitenden Material wie z. B.
Aluminium, und er besitzt Seitenwände 51a und 51b, die vier Ecken
bilden. Zwei Paare einander gegenüberstehender Trennwände 51c
verlaufen jeweils ausgehend von einer Längsseitenwand 51a in das
Innere des Rahmenkörpers 51. Das Innere des Rahmenkörpers 51 wird
durch die Trennwände 51c aufgeteilt in ein erstes, ein zweites und ein
drittes Abteil 51j, 51k bzw. 51m. Zwischen jedem Paar einander
gegenüberstehender Trennwände 51c ist ein Fenster 51i gebildet.
Ein Gewindeloch 51d und ein Gewindeloch 51n sowie benachbart zu
letzterem angeordnete, nicht dargestellte Gewindelöcher sind in der
einen Seitenwand 51a des Rahmenkörpers 51 ausgebildet. Das
Gewindeloch 51d in der Seitenwand 51a gehört zu dem ersten Abteil
51j. Das Gewindeloch 51n ist in der Seitenwand 51a für das dritte
Abteil 51m ausgebildet.
Auf zwei Seiten eines Durchgangslochs 51f in der Querwand 51b des
ersten Abteils 51j befinden sich nicht dargestellte Gewindelöcher, in der
Querwand 51b des dritten Abteils 51m befindet sich ein Gewindeloch
51e. Durch die Seitenwände 51a und 51b verlaufen 12 Gewindelöcher
51g, die in den Stirnflächen 51h der Seitenwände 51a und 51b münden.
Ein Eingangsverbinder 52 und ein Ausgangsverbinder 53 besitzen
jeweils einen Mittelleiter 52a bzw. 53a in ihren Achsmitten, und sie sind
mit bundförmigen Lagerplatten 52b bzw. 53b ausgestattet, welche sich
an ihren äußeren Umfangsbereichen befinden. Der Eingangsverbinder 52
ist mit der zugehörigen Seitenwand 51b durch Schrauben 64 oder
dergleichen verbunden, so daß der Mittelleiter 52a das Durchgangsloch
51f der Seitenwand 51b durchsetzt, und ein Teil des Eingangsverbinders
52 von der Seitenwand 51b nach außen vorsteht. In ähnlicher Weise ist
der Ausgangsverbinder 53 an der zugehörigen Seitenwand 51a mittels
Schrauben 64 befestigt, so daß der Mittelleiter 53a das Durchgangsloch
51n der Seitenwand 51a durchsetzt und ein Teil des Ausgangsverbinders
53 von der Seitenwand 51a nach außen vorsteht.
In diesem fixierten Zustand befinden sich die Mittelleiter 52a und 53a in
einer solchen Lage, daß sie in das Innere des Rahmenkörpers 51
hineinragen.
Eine durch Versilbern eines Stahlplättchens gebildete, 1 mm starke
rechteckige Bodenplatte 54 enthält am Umfangsrand 12 nicht dargestellte
Löcher an Stellen, die den Gewindelöchern 51g in den Seitenwänden 51a
und 51b entsprechen. Die Bodenplatte 54 ist an der Unterseite des
Rahmenkörpers 51 mit nicht dargestellten Schrauben befestigt, um die
Unterseite des Rahmenkörpers 51 zu verschließen, wodurch ein Gehäuse
gebildet wird.
Die Bodenplatte 54 besteht aus einem von dem Rahmenkörper 51 in Fig.
6 dargestellten getrennten Element. Allerdings kann die Bodenplatte
selbstverständlich einstückig mit dem Rahmenkörper 51 ausgebildet sein,
beispielsweise als Gußteil oder dergleichen, um ein zusammenhängendes
einstückiges Gehäuse mit verschlossenem Ende zu erhalten.
Ein Wendelresonator 55 befindet sich an der Eingangsseite, ein
Wendelresonator 65 befindet sich an der Ausgangsseite, und diese
Wendelresonatoren dienen als Steuersender oder Erreger (Exciter) in
dem ersten bzw. dem dritten Abteil 51j und 51m des Rahmenkörpers 51.
Die Wendelresonatoren besitzen schraubenförmige Spulenteile 55a bzw.
65a. Die gesamte Wendel- oder Schraubenlänge der Spulenteile 55a und
65a ist derart ausgebildet, daß sie etwas kurzer ist als die Länge λ/4
einer Wellenlänge (λ) eines Soll-Signals, wodurch ein λ/4-Resonator
gebildet wird. Der Spulenteil 55a des Wendelresonators 55 verläuft etwa
parallel zu der Querwand 51b des Rahmenkörpers 51. Ein Mittelbereich
des Spulenteils 55a ist mit einer sogenannten Anzapfverbindung an den
Mittelleiter 52a des Verbinders 52 durch Löten oder dergleichen
verbunden. Der Spulenteil 65a des Wendelresonators 65 verläuft etwa
parallel zur Querwand 51a des Rahmenkörpers 51. Ein Mittelteil des
Spulenteils 65a ist durch Löten als sogenannte Anzapfverbindung mit
dem Mittelleiter 53a des Verbinders 53 verbunden. Diese
Anzapfverbindungen dienen zur Impedanzanpassung.
Der Spulenteil 55a des Wendelresonators 55 und der Spulenteil 65a des
Wendelresonators 65 sind parallel zu der Seitenwand 51b bzw. parallel
zu der Längswand 51a angeordnet. Die Anordnung ist derart gewählt,
daß die Mittelachse des Spulenteils 55a die Mittelachse des Spulenteils
65a schneidet.
Das eine Ende 55b des Spulenteils 55a des Wendelresonators 55 ist auf
Masse geschaltet, und zwar durch Anlöten an der Innenseite der
Seitenwand 51a. Das andere Ende 55c des Wendelresonators bildet ein
offenes oder freies Ende. Das Gewindeloch 51d ist in der Längswand
51a gegenüber dem freien Ende 55c in dessen Nachbarschaft angeordnet.
In das Gewindeloch 51d ist mit Hilfe einer Mutter 53 eine
Kapazitätseinstellschraube 62 eingeschraubt. Ein vorderes Ende der
Kapazitätseinstellschraube 62 und das freie Ende 55c des Spulenteils 55a
bilden einen Kondensator.
Das eine Ende 65b des Spulenteils 65a ist durch Löten oder dergleichen
an der Trennwand 51c mit Masse verbunden, das andere Ende 65a des
Spulenteils des Wendelresonators 65 bildet ein offenes oder freies Ende.
In der Seitenwand 51b ist an einer Stelle gegenüber dem freien Ende 65c
in dessen Nähe ein Gewindeloch 51e ausgebildet. Eine
Kapazitätseinstellschraube 62 ist mit Hilfe einer Mutter 63 in dieses
Gewindeloch 51e eingedreht. Das vordere Ende der
Kapazitätseinstellschraube 62 und das freie Ende 65c des Spulenteils 65a
bilden einen Kondensator.
Die Entfernung zwischen dem vorderen Ende der
Kapazitätseinstellschraube 62 und dem freien Ende 55c des Spulenteils
55a sowie die Entfernung zwischen dem freien Ende der
Kapazitätseinstellschraube 62 und dem freien Ende 65c des Spulenteils
65a werden variiert durch Einstellen des Eindrehhubs oder der
Eindrehweite jeder Kapazitätseinstellschraube 62, so daß die
Kapazitätswerte der Kondensatoren geändert werden können.
Die Wendelresonatoren 55 und 65 auf der Eingangsseite bzw. der
Ausgangsseite enthalten die Spulenteile 55a und 65a, die
Kondensatorteile, deren Kapazitätswerte verändert werden können, und
die gebildet werden in der Nähe der freien Enden 55c und 65c an den
Spulenteilen 55a und 65a.
Jeder der aus Keramik gefertigten dielektrischen Resonatoren 56 besteht
aus einem Dielektrikum, beispielsweise aus Material des BaO-TiO2-
Nd2O3-Systems (mit einer Dielektrizitätskonstanten ε r = 90) oder
dergleichen, und sie enthalten jeweils einen Leiter 57, der durch
Aufbringen und Backen einer leitenden Paste auf die Oberseite 56a und
die Unterseite 56b eines säulenförmigen Abschnitts 56c in Form eines
Zylinders oder durch stromloses Abscheiden gebildet ist. Die vertikale
Abmessung L1 jedes dielektrischen Resonators 56 ist größer als die
vertikale Abmessung L2 der Seitenwände 51a und 51b des
Rahmenkörpers 51, wie in Fig. 8 gezeigt ist (L1 < L2).
Jeder dielektrische Resonator 56 ist durch Löten des Leiters 57 auf der
Unterseite 56b des Resonators 56 mit der Bodenplatte 54 verbunden. Die
Oberseite 56a jedes dielektrischen Resonators 56 liegt dann in einer
Höhe, daß die Oberseite gegenüber den oberen Stirnflächen 51h der
Seitenwände 51a und 51b des Rahmenkörpers 51 übersteht.
Die dielektrischen Resonatoren 56, die auf der Bodenplatte 54 fixiert
sind, befinden sich jeweils in dem ersten, zweiten und dem dritten
Abteil 51j, 51k bzw. 51m des Rahmenkörpers 51. Die einzelnen
dielektrischen Resonatoren 56 in den Abteilen 51j, 51k und 51m sind
elektromagnetisch mit dem jeweils anderen Resonator durch die Fenster
51i gekoppelt, die durch die Trennwände 51c gebildet werden.
Die Mittelachsen dieser dielektrischen Resonatoren 56 einerseits und die
Mittelachsen der Spulenteile 55a und 65a der Wendelresonatoren 55 und
65 andererseits sind so angeordnet, daß sie einander schneiden.
Aufgrund ihrer orthogonalen Lage kreuzen die in den Spulenteilen 55a
und 65a erzeugten magnetischen Felder die Mittelachsen der
dielektrischen Resonatoren 56. Im Ergebnis erhöht sich der Grad der
magnetischen Kopplung zwischen dem jeweiligen dielektrischen
Resonator 56 und den Wendelresonatoren 55 und 65, und
dementsprechend verringert sich der Signal-Ausbreitungsverlust.
Eine aus metallischem Werkstoff gefertigte Platten- oder Blattfeder 58
aus Phosphorbronze oder dergleichen ist auf ihrer Oberfläche versilbert
und hat eine Dicke von etwa 0,1 mm. Zwölf Löcher 58a befinden sich
am Umfangsrand der Blattfeder 58 an Stellen, die den Gewindelöchern
51g in den Seitenwänden 51a und 51b entsprechen. Die Blattfeder 58
wird derart angeordnet, daß sie die Oberseite des Rahmenkörpers 51
verschließt. Der Rahmenkörper 51, die Bodenplatte 54 und die
Blattfeder 58 bilden ein leitendes Gehäuse. In diesem Zustand stehen die
jeweiligen Oberseiten 56a der dielektrischen Resonatoren 56 über den
Umfangsrand der Blattfeder 58 vor, und zwar entgegen der Federkraft
der Blattfeder 58, so daß jeder Leiter 57 auf der Oberseite 56a des
dielektrischen Resonators 56 zuverlässig in Anlage an der Unterseite der
Blattfeder 58 gebracht wird.
Ein rahmenförmiges Distanzstück 59 aus metallischem Werkstoff,
beispielsweise Phosphorbronze, hat die Form eines Flachstücks mit einer
Dicke von 0,1 bis 0,5 mm. Im Umfangsrand des Distanzstücks 59 sind
zwölf Löcher 59a an solchen Stellen ausgebildet, die den Stellen der
Gewindelöcher 51g in den Seitenwänden 51a und 51b entsprechen.
Außerdem ist in der Mitte des Distanzstücks 59 eine relativ große
Rechtecköffnung 59b ausgespart. Das Distanzstück 59 wird auf die
Blattfeder 58 aufgelegt. Die Dicke des Distanzstücks 59 ist derart
gewählt, daß die Dicke größer ist als der Überstand jedes dielektrischen
Resonators 56 über die jeweiligen Seitenwände 51a und 51b des
Rahmenkörpers 51.
Ein Deckelkörper 60 aus metallischem Werkstoff wie z. B. Aluminium,
Kupfer oder dergleichen ist als Flachstück oder Platte ausgebildet. In
dem Deckelkörper 60 befinden sich drei Gewindelöcher 60a mit jeweils
großem Durchmesser, wobei sich die Gewindelöcher entlang der
Mittellinie des Deckelkörpers 60 in Längsrichtung erstrecken. Am
Umfangsrand des Deckelkörpers 60 befinden sich zwölf Löcher 60b an
Stellen, die den Stellen der Gewindelöcher 51g in den oberen
Stirnflächen 51h der Seitenwände 51a und 51b entsprechen. Der
Deckelkörper 60 wird in der Weise angebracht, daß er die Öffnung 59b
des Distanzstücks 59 verschließt.
Mehrere Kopfschrauben 61 haben jeweils die Form einer Scheibe aus
metallischem Werkstück, beispielsweise Aluminium oder Kupfer. Jede
Kopfschraube 61a besitzt einen mit Gewinde ausgestatteten Umfang. Die
Kopfschraube 61 wird in das zugehörige Gewindeloch 60a des
Deckelkörpers 60 eingeschraubt. Die Unterseite jeder eingeschraubten
Kopfschraube 61 drückt gegen die Oberseite der Blattfeder 58 und damit
die Blattfeder nach unten, so daß deren Unterseite in dem betreffenden
Bereich in Berührung kommt mit dem gegenüberliegenden Leiter 57 auf
der Oberseite 56a des betreffenden dielektrischen Resonators 56. Die
Kopfschrauben 61, die dazu dienen, die Blattfeder 58 in Kontakt mit den
Leitern 57 auf den Oberseiten 56a der Resonatoren 56 zu bilden, werden
in Eingriff mit dem Deckelkörper 60 gehalten. Damit wird die Blattfeder
58 mit jedem Leiter 57 in zuverlässigen Kontakt gebracht, so daß man
stabile elektrische Verbindungen erhält.
Das in der oben beschriebenen Weise ausgebildete dielektrische Filter ist
ein dreistufiges dielektrisches Filter mit drei dielektrischen Resonatoren
56. Der Rahmenkörper 51, die Bodenplatte 54, die Blattfeder 58, das
Distanzstück 59 und der Deckelkörper 60 bilden eine schichtförmige
Anordnung und sind durch nicht dargestellte Schrauben zu einer Einheit
zusammengefügt.
Eine magnetische Richtung des Wendelresonators 55 und eine
magnetische Richtung des Wendelresonators 65 verlaufen jeweils in
einander schneidenden Richtungen in Ebenen, die orthogonal zu den
Mittelachsen der dielektrischen Resonatoren 56 verlaufen.
Im folgenden wird anhand der Fig. 7 die Arbeitsweise des oben
erläuterten dielektrischen Filters beschrieben. Von einer nicht
dargestellten Antenne wird ein Empfangssignal in den eingangsseitigen
Wendelresonator 55 über den Eingangsverbinder 52 eingegeben. Das
Signal gelangt durch den Wendelresonator 55 bei der Soll-
Resonanzfrequenz in Resonanz, so daß ein Magnetfeld entsprechend der
Resonanzfrequenz in dem Wendelresonator 55 erzeugt wird. Dieses
magnetische Feld wird auf einer Oberfläche orthogonal zu einem
Stromverlauf durch die Mittelachse des dielektrischen Resonators 56 in
der Nachbarschaft des Wendelresonators 55 erzeugt. Aufgrund dieses
magnetischen Felds wird konzentrisch um den entsprechenden
dielektrischen Resonator 56 herum ein magnetisches Resonanzfeld in
einem TM010-Modus erzeugt, angedeutet durch gestrichelte Linien A.
Das in dem dielektrischen Resonator 56 innerhalb des ersten Abteils 51j
erzeugte Resonanzmagnetfeld ist magnetisch gekoppelt mit und wird
übertragen auf die dielektrischen Resonatoren 56 in dem zweiten und
dem dritten Abteil 51k und 51m, so daß es sich parallel zu den
dielektrischen Resonatoren 56 durch die Fenster 51i hindurch bewegt,
wodurch der Wendelresonator 56 in dem dritten Abteil 51m durch das
Magnetfeld im TM010-Modus erregt wird. Das auf den Wendelresonator
65 auf Grund dieser Erregung übertragene Signal wird von dem
zugehörigen Ausgangsverbinder 53 ausgegeben.
Allerdings werden in diesem dielektrischen Filter außer dem Magnetfeld
im TM010-Modus auch nicht benötigte Resonanzmagnetfelder höherer
Ordnung als Rauschen erzeugt. Wie in Fig. 11 gezeigt ist, beträgt eine
in einem Referenz-Resonanzmodus (TM010-Modus) in diesem
dielektrischen Filter verwendete Resonanzfrequenz f1 etwa 789 MHz als
aktueller Meßwert. Daneben gibt es zahlreiche Resonanzstellen. Diese
werden gebildet durch einen TM110-Modus bei einer Resonanzfrequenz
f2 (etwa 1.337 MHz), einen TM210-Modus bei einer Resonanzfrequenz
f3 (etwa 1.976 MHz), einen TM020-Modus bei einer Resonanzfrequenz
f4 (etwa 2.136 MHz) etc. Alle diese Resonanzfrequenzen höherer
Ordnung stellen unnötige oder Störsignale dar.
Von diesen nicht benötigten Signalen lassen sich Resonanzfrequenzen
oberhalb des TM210-Modus durch zusätzliche Einfügung eines
Tiefpaßfilters abschneiden. Allerdings liegt die Resonanzfrequenz f2 des
TM110-Modus sehr nah bei der Resonanzfrequenzen f1 des TM010-
Modus, und folglich wird die Herstellung eines Tiefpaßfilter zum
Sperren dieser Resonanzfrequenz f2 zu einer mühsamen
Entwurfsaufgabe. Das Sperren des TM100-Modus sollte also innerhalb
des dielektrischen Filters erfolgen.
Wie in Fig. 7 gezeigt ist, hat der TM110-Modus einen Aufbau, der
aufgeteilt ist auf die Vorderseite des dielektrischen Resonators 56
gegenüber dem Wendelresonator 55 einerseits und die Letzterem
abgewandte Seite, andererseits, wodurch Magnetfelder im Uhrzeigersinn
(angedeutet durch eine gestrichelte Linie B) sowie im
Gegenuhrzeigersinn (entsprechend der gestrichelten Linie C) entstehen.
Die magnetischen Felder bewegen sich parallel zu dem zweiten und dem
dritten Abteil 51k und 51m, wodurch der dielektrische Resonator 56 im
dritten Abteil 51m Magnetfelder in der gleichen Richtung erzeugt.
Der in dem dritten Abteil 51m befindliche Wendelresonator 65 und der
in dem ersten Abteil 51j befindliche Wendelresonator 55 liegen auf
Ebenen, die orthogonal zu den Mittelachsen der dielektrischen
Resonatoren 56 verlaufen. Die Mittelachsen der Spulenteile 55a und 65a
kreuzen einander. Folglich nimmt der Wendelresonator 65 eine Lage
ein, in der er gleichzeitig durch zwei magnetische Felder des TM110-
Modus erregt wird, die einander gegenläufige Richtungen aufweisen.
Das heißt: die magnetischen Felder im Uhrzeigersinn und im
Gegenuhrzeigersinn des TM110-Modus heben sich im Spulenteil 65a des
Wendelresonators 65 gegenseitig auf, so daß der TM110-Modus gesperrt
wird.
Im folgenden wird anhand der Fig. 9 eine dritte Ausführungsform des
erfindungsgemäßen dielektrischen Filters beschrieben. Bei der dritten
Ausführungsform sind die gleichen Strukturelemente des dielektrischen
Filters die in der zweiten Ausführungsform mit entsprechenden
Bezugszeichen versehen werden nicht noch einmal beschrieben.
Wie aus Fig. 9 hervorgeht, unterscheidet sich das dielektrische Filter
dieser dritten Ausführungsform von dem Filter nach der zweiten
Ausführungsform im wesentlichen dadurch, daß ein Rahmenkörper 81
eine L-Form aufweist und dementsprechend eine Bodenplatte 84, eine
Blattfelder 88, ein Distanzstück 89 und ein Deckelkörper 90 ebenfalls L-
förmig ausgebildet sind. Der Rahmenkörper 81 ist allseitig von L-
förmigen Seitenwänden 81a sowie geraden Seitenwänden 81b umgeben.
Die geraden Seitenwände 81b schneiden sich in ihren Verlängerungen.
Im Inneren des L-förmigen Rahmenkörpers 81 befindet sich eine
Unterteilung durch Trennwände 81c in ein erstes, ein zweites und ein
drittes Abteil 81j, 81k bzw. 81m, ähnlich wie bei der ersten
Ausführungsform.
Ein Wendelresonator 85 und ein Wendelresonator 95 bilden Erreger
(Exciter) oder Steuersender in dem ersten und dem dritten Abteil 81j
bzw. 81m des Rahmenkörpers 81. Sie besitzen wendelförmige
Spulenteile 85a bzw. 95a. Diese Spulenteile 85a und 95a der
Wendelresonatoren 85 und 95 am Eingang bzw. am Ausgang sind etwa
parallel zu den jeweiligen Seitenwänden 81b des Rahmenkörpers 81
angeordnet. Die einen Enden der Spulenteile 85a und 95a sind durch
Anlöten an die Innenseite der L-förmigen Seitenwand 81a auf Masse
gelegt.
Die Seitenwand 81b des Rahmenkörpers 81 des ersten Abteils 81j mit
dem daran befindlichen Wendelresonator 85, und die Seitenwand 81b
des Rahmenkörpers 81 für das dritte Abteil 81m mit dem darin
befindlichen Wendelresonator 95 verlaufen in zueinander senkrechte
Richtungen auf Seiten oder Ebenen senkrecht zur Mittelachse der
dielektrischen Resonatoren 56.
Wie oben erläutert, sind der Spulenteil 85a und der Spulenteil 95a
jeweils parallel zu den betreffenden Seitenwänden 81b angeordnet, so
daß sie einander in ihrer Veränderung schneiden. Die Mittelachse des
Spulenteils 85a und diejenige des Spulenteils 95a kreuzen sich
außerdem.
Im folgenden wird der Betrieb des dielektrischen Filters nach der dritten
Ausführungsform erläutert.
Das dielektrische Filter der dritten Ausführungsform arbeitet ähnlich
wie dasjenige der zweiten Ausführungsform. Ein in dem dielektrischen
Resonator 56 in dem ersten Abteil 81j durch den Wendelresonator 85
erzeugtes Resonanzmagnetfeld wird zunächst magnetisch gekoppelt mit
und übertragen auf das zweite Abteil 81a und das dritte Abteil 81m,
wodurch der Wendelresonator 95 in dem dritten Abteil 81m erregt wird.
Aufgrund dieser Erregung wird das auf dem Wendelresonator 95
übertragene Signal von einem Ausgangsverbinder 53 abgegeben.
Ähnlich wie bei der Erzeugung von Resonanzmoden in dem
dielektrischen Filter der zweiten Ausführungsform können die in dem
dielektrischen Filter hier entwickelten Resonanzmoden einen TM010-
Modus oder -Schwingungstyp zum Erzeugen eines Magnetfelds
entsprechend einer gestrichelten Linie A enthalten, also konzentrisch in
einer Seite oder Ebene senkrecht zu der Mittelachse des betreffenden
dielektrischen Resonators 56, ferner einen TM110-Modus, angedeutet
durch eine gestrichelte Linie B im Uhrzeigersinn und eine gestrichelte
Linie C im Gegenuhrzeigersinn bezüglich des dielektrischen Resonators
56, etc.
Diese Resonanzmoden, die in dem dielektrischen Resonator 56 in dem
ersten Abteil 81j erzeugt werden, bewegen sich parallel zu dem und
werden übertragen auf das zweite und das dritte Abteil 81k und 81m bei
gleicher Richtung. Der Wendelresonator 95 in dem dritten Abteil 81m
und der Wendelresonator 85 im ersten Abteil 81j verlaufen jeweils in
Richtungen, die sich in Ebenen orthgonal zu den Mittelachsen der
dielektrischen Resonatoren 56 schneiden. Folglich heben sich die
magnetischen Felder im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn des
TM110-Modus durch den Spulenteil 95a des Wendelresonators 95
gegenseitig auf, so daß der TM110-Modus gesperrt wird.
Als nächstes werden Ersatzschaltungen der dielektrischen Filter nach
dem zweiten und dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung
erläutert.
Gemäß Fig. 10 ist das dielektrische Filter ein dielektrisches Filter mit
dreistufigem Aufbau, es enthält einen Eingangsanschluß 71, eine
Eingangsstufe 72, eine Zwischenstufe 73, eine Ausgangsstufe 74 und
einen Ausgangsanschluß 75. Die Eingangsstufe 72 besteht aus einem
Wendelresonator 72c auf der Eingangsseite, umfassend eine
wendelförmige Spule 72a und einen veränderlichen Kondensator 72b,
und einem ersten dielektrischen Resonator 72f aus parallelgeschalteten
Spulen 72d und einem Kondensator 72e. Die Zwischenstufe 73 besteht
aus einem zweiten dielektrischen Resonator 73c, bestehend aus
parallelgeschalteten Spulen 73a und einem Kondensator 73b. Die
Ausgangsstufe 74 enthält einen dritten dielektrischen Resonator 74c aus
parallelgeschalteten Spulen 74a und einem Kondensator 74b sowie einem
wendelförmigen Resonator 74f, bestehend aus einer Wendespule 74d und
einem veränderlichen Kondensator 74e.
Bei dem so aufgebauten dielektrischen Filter wird ein über den
Eingangsanschluß 71 eingegebenes Signal in den Wendelresonator 72c
eingegeben. Das Signal führt zu einer Resonanz bei einer vorab
ausgewählten Soll-Frequenz. Die Resonanzfrequenz f1 läßt sich in
einfacher Weise in einem breiten Frequenzband dadurch einstellen, daß
der Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators 72b des
Wendelresonators 72c justiert wird. Eine weitere Soll-Resonanzfrequenz
f2 läßt sich durch diese Einstellung bei Bedarf erhalten. Obere Signale,
die rauschen und nicht-ausgewählte Signale darstellen, werden durch die
Resonanz des Wendelresonators 72c eliminiert.
Der Wendelresonator 72c, der bei der Resonanzfrequenz f1 schwingt, ist
magnetisch mit dem ersten dielektrischen Resonator 72f gekoppelt. In
ähnlicher Weise sind der erste dielektrische Resonator 72f und der
zweite dielektrische Resonator 73c magnetisch miteinander gekoppelt,
sind der zweite dielektrische Resonator 73c und der dritte dielektrische
Resonator 74c magnetisch miteinander gekoppelt, und sind der dritte
dielektrische Resonator 74c und der Wendelresonator 74f magnetisch
miteinander gekoppelt. Insgesamt bilden diese Teile ein dreistufiges
dielektrisches Filter, welches es lediglich dem Soll-Signal ermöglicht,
das Filter zu passieren.
Als nächstes wird ein Teil einer elektronischen Vorrichtung beschrieben,
in der das dielektrische Filter gemäß den oben beschriebenen
Ausführungsformen eingesetzt wird, um ein
Wendesignal/Empfangssignal gemeinsam zu benutzen (es wird ein
Duplexer beschrieben), wobei eine derartige Vorrichtung in einer
zellularen Basisstation eingesetzt wird.
Wie in Fig. 12 gezeigt ist, besitzt das für Sendesignale/Empfangssignale
gemeinsam benutzte Bauelement (der Duplexer) mindestens einer
Antenne 150, ein Bandpaßfilter 151 für ein Sendesignal, bestehend aus
einem dielektrischen Filter, einem Bandpaßfilter 152 für ein
Empfangssignal, bestehend aus einem dielektrischen Filter in der
gleichen Art und Weise wie es oben erläutert wurde, einer
Anpaßschaltung 153, die sich an einer Stelle befindet, an der das
Bandpaßfilter 151 und das Bandpaßfilter 152 miteinander gekoppelt sind,
wobei die Anpaßschaltung über ein Tiefpaßfilter 156 an die Antenne 150
gekoppelt ist, ferner dient ein Eingangsanschluß 154 für die Eingabe des
Sendesignals in das Bandpaßfilter 151 und ein Ausgangsanschluß 155
dient zur Ausgabe des Empfangssignals, welches aus dem Bandpaßfilter
152 kommt.
Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform gemäß obiger
Beschreibung bilden das Bandpaßfilter 151 und das Bandpaßfilter 152
jeweils ein dreistufiges Bandpaßfilter. Der den oben beschriebenen
Aufbau aufweisende Sendesignal/Empfangssignal-Duplexer erhält von
der Antenne 150 über das Tiefpaßfilter 156 und die Anpaßschaltung 153
kommende Signale aus der Anpaßschaltung 153 am Bandpaßfilter 152,
er ermöglicht nur den Durchgang eines Signals in einem
Frequenzbereich von 880 MHz bis 915 MHz, und das in diesem Bereich
liegende Signal wird über den Ausgangsanschluß 155 an eine nicht
dargestellte Empfangsschaltung gegeben.
Wenn das Sendesignal von einer nicht dargestellten Sendeschaltung auf
den Eingangsanschluß 154 gegeben wird, gelangt es in das Bandpaßfilter
151, welches nur ein Sendesignal im Frequenzbereich von 925 MHz bis
960 MHz durchläßt. Das durch das Bandpaßfilter 151 hindurchgelangte
Sendesignal geht über die Anpaßschaltung 153 und das Tiefpaßfilter 156
zu der Antenne 150, von der das Signal abgestrahlt wird.
Durch Anwenden des erfindungsgemäßen dielektrischen Filters gemäß
obiger Ausführungsform als Sendesignal/Empfangssignal-Duplexer läßt
sich ein Teil einer elektronischen Vorrichtung oder eines elektronischen
Bauelements bilden, bei dem nicht benötigte Signale in Neben-
Schwingungsarten von dem dielektrischen Filter gesperrt werden, und
welches ein Schalten zwischen rauschreduzierten Sende- und
Empfangssignalen gestattet.
Obschon die Wendelresonatoren 55 und 56 als Anreger (Steuersender) in
der zweiten und der dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
dielektrischen Filters verwendet werden, läßt sich der Steuersender auf
der Eingangsseite und der Erreger auf der Ausgangsseite in der gleichen
Ebene und - alternativ, in verschiedenen Ebenen anordnen.
Obschon das dreistufige dielektrische Filter in Verbindung mit dem
zweiten Ausführungsbeispiel näher erläutert wurde, versteht sich, daß
die Erfindung auch anwendbar ist bei einem einstufigen dielektrischen
Filter oder bei einen vier- oder mehrstufigen dielektrischen Filter, in
dem vier oder mehr dielektrische Resonatoren in einem Gehäuse
aufgenommen sind.
Der dielektrische Block gemäß der zweiten Ausführungsform der
Erfindung hat die Form eines Zylinders. Statt dessen kann er aber auch
die Form eines Würfels oder eines Polygons sein.
Das dielektrische Filter gemäß der Erfindung besitzt mindestens einen
dielektrischen Resonator und ist äquivalent zu einem Filter, bei dem ein
Wendelresonator elektrisch an mindestens einen Eingangsanschluß und
einen Ausgangsanschluß angeschlossen ist und der entsprechende
Wendelresonator und dielektrische Resonator magnetisch miteinander
gekoppelt sind. Da erfindungsgemäß ein gewünschtes Signal durch einen
Wendelresonator zum Schwingen gebracht wird und ein
Eingangsanschluß oder ein Ausgangsanschluß einerseits und ein
dielektrischer Resonator andererseits magnetisch über ein Magnetfeld
gekoppelt sind, welches durch diese Resonanz entsteht, wird
ausreichende Kopplung zwischen dem dielektrischen Resonator und dem
Eingangsanschluß bzw. dem Ausgangsanschluß gewährleistet. Mithin
läßt sich ein dielektrisches Filter realisieren, welches vergleichsweise
geringe Verluste aufweist und hervorragende Selektivität besitzt.
Claims (6)
1. Dielektrisches Filter, umfassend:
einen dielektrischen Resonator (6; 56), wobei an mindestens einem Anschluß von einem Eingangsanschluß (2, 52) und einem Ausgangsanschluß (3, 53) ein Wendelresonator (5; 55, 65; 65, 95) angeschlossen ist, um den Wendelresonator und den dielektrischen Resonator magnetisch miteinander zu koppeln.
einen dielektrischen Resonator (6; 56), wobei an mindestens einem Anschluß von einem Eingangsanschluß (2, 52) und einem Ausgangsanschluß (3, 53) ein Wendelresonator (5; 55, 65; 65, 95) angeschlossen ist, um den Wendelresonator und den dielektrischen Resonator magnetisch miteinander zu koppeln.
2. Mehrstufiges dielektrisches Filter, umfassend:
mehrere dielektrische Resonatoren (6, 56), die Seite an Seite zwischen einem Eingangsanschluß (2, 52) und einem Ausgangsanschluß (3, 53) angeordnet sind, und
mindestens einen Wendelresonantor (5; 55, 65; 85, 95), der elektrisch mit dem Eingangsanschluß oder dem Ausgangsanschluß, bzw. mit dem Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß verbunden ist, um dadurch den Wendelresonator und den benachbarten dielektrischen Resonator magnetisch miteinander zu koppeln.
mehrere dielektrische Resonatoren (6, 56), die Seite an Seite zwischen einem Eingangsanschluß (2, 52) und einem Ausgangsanschluß (3, 53) angeordnet sind, und
mindestens einen Wendelresonantor (5; 55, 65; 85, 95), der elektrisch mit dem Eingangsanschluß oder dem Ausgangsanschluß, bzw. mit dem Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß verbunden ist, um dadurch den Wendelresonator und den benachbarten dielektrischen Resonator magnetisch miteinander zu koppeln.
3. Filter nach Anspruch 1, bei dem die Erregungsrichtung des einen
Wendelresonators und die Erregungsrichtung eines weiteren
Erregers, der mit einem Anschluß verbunden ist, der an der nicht
angeschlossenen Seite des Wendelresonators liegt und magnetisch
mit dem dielektrischen Resonator gekoppelt ist, derart angeordnet
sind, daß sie einander schneiden, demzufolge magnetische Felder in
Neben-Moden, die durch den dielektrischen Resonator erzeugt
werden, sich in dem Wendelresonator oder in dem weiteren, an die
Ausgangsanschlußseite angeschlossenen Erreger auslöschen.
4. Filter nach Anspruch 1, bei dem die jeweiligen Erregungsrichtungen
der an den Eingangsanschluß und den Ausgangsanschluß
angeschlossenen Wendelresonatoren (55, 65) einander kreuzen, mit
der Folge, daß magnetische Felder in Sub-Moden, die durch den
dielektrischen Resonator (56) erzeugt werden, von dem an den
Ausgangsanschluß angeschlossenen Wendelresonator (65) gelöscht
werden.
5. Filter nach Anspruch 2, bei dem ein Wendelresonator an den
Eingangsanschluß oder den Ausgangsanschluß angeschlossen ist und
ein weiterer Erreger an den Ausgangsanschluß bzw. den
Eingangsanschluß angeschlossen ist, um dadurch den
Wendelresonator und den diesem benachbarten dielektrischen
Resonator magnetisch zu koppeln und außerdem den weiteren
Erreger und den diesem benachbarten dielektrischen Resonator
magnetisch miteinander zu koppeln, wobei die Erregungsrichtung
des Wendelresonators und des weiteren Erregers auf der
Eingangsanschlußseite einerseits und die Erregungsrichtung des
weiteren Erregers oder des Wendelresonators auf der
Ausgangsanschlußseite, andererseits einander in der Weise
schneiden, daß magnetische Felder in Sub-Moden, die in dem
dielektrischen Resonator in der Nähe des Ausgangsanschlusses
erzeugt werden, in dem anderen Erreger oder dem Wendelresonator
auf der Ausgangsanschlußseite ausgelöscht werden.
6. Filter nach Anspruch 2, bei dem die Wendelresonatoren jeweils mit
dem Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß verbunden sind,
um die Wendelresonatoren mit den ihnen benachbarten
dielektrischen Resonatoren magnetisch zu koppeln, wobei die
Erregungsrichtungen der Wendelresonatoren einander schneiden, so
daß magnetische Felder in Sub-Moden, die von dem dielektrischen
Resonator in der Nähe des Ausgangsanschlusses erzeugt werden, in
dem Wendelresonator auf der Ausgangsanschlußseite gelöscht
werden.
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---|---|---|---|
JP25015597A JPH1188005A (ja) | 1997-09-16 | 1997-09-16 | 誘電体フィルタ及びそれを有する電子機器 |
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JP27595697A JPH11112204A (ja) | 1997-10-08 | 1997-10-08 | 誘電体フィルタ及びその誘電体フィルタを有する電子機器 |
JP9-275956 | 1997-10-08 |
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Publication Number | Publication Date |
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DE19842040A1 true DE19842040A1 (de) | 1999-03-25 |
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Family
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Country | Link |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001022524A1 (en) * | 1999-09-17 | 2001-03-29 | Com Dev Limited | Filter utilizing a coupling bar |
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US2890422A (en) * | 1953-01-26 | 1959-06-09 | Allen Bradley Co | Electrically resonant dielectric body |
JP2526060B2 (ja) * | 1987-05-11 | 1996-08-21 | 日本電信電話株式会社 | メモリ装置 |
-
1998
- 1998-09-14 DE DE1998142040 patent/DE19842040B4/de not_active Expired - Fee Related
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WO2001022524A1 (en) * | 1999-09-17 | 2001-03-29 | Com Dev Limited | Filter utilizing a coupling bar |
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